QUINTO LABORATORIO DE QUMICA 2
2016
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica
Quinto Laboratorio de Química II (QU114-R2) Ácidos Y Bases Ing. Pérez Matos Edgar Ademar
Integrantes:
Cirineo Ninalaya Michael Brando (20162048C) Diaz Ortiz Andy Fidelino (20160624G) Huamam Pomiano Jhon Jairo (20160611B) Vargas Erazo Diego Daniel (20160678J)
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Índice
Introducción y Objetivo
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Fundamento Teórico
Pág. 4
Materiales y Reactivos
Pág. 8-9
Parte Experimental
Pág. 10-21
Conclusiones
Pág. 22
Cuestionario
Pág.23-26
Bibliografía
Pág.27
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INTRODUCCIÓN En este informe damos a conocer el procedimiento ejecutado en el laboratorio de DOCIMASIA para realizar el experimento y comprobación de Ácidos y Bases. Los Ácidos tienen un sabor ácido, corroen el metal, cambian el litmus tornasol (una tinta extraída de los líquenes) a rojo, y se vuelven menos ácidos cuando se mezclan con las bases. Las Bases son resbaladizas, cambian el litmus a azul, y se vuelven menos básicas cuando se mezclan con ácidos. Pero en esta práctica también trataremos el tema de la titulación ácido base que es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido o base, neutralizándolo con una base o ácido de concentración conocida.
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OBJETIVOS
Consiste en realizar el estudio de un aspecto muy interesante en el equilibrio heterogéneo, referido a sales poco solubles, asimismo de ácidos y bases, su determinación de la concentración por volumetría (titulación).
Consiste en realizar el estudio de un aspecto muy interesante en el equilibrio heterogéneo, referido a sales poco solubles, asi mismo de ácidos y bases.
Determinación experimentalmente el carácter acido o básico de soluciones a diferentes concentraciones.
Identificación de sustancias de concentración desconocida mediante comparación y titulación.
Aprender experimentalmente el uso de los indicadores.
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Marco Teórico Ácidos: Un ácido es considerado tradicionalmente como cualquier compuesto químico que, cuando se disuelve en agua, produce una solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es, un menor que 7. Algunos ejemplos comunes incluyen al ácido acético, y el ácido sulfúrico. Los ácidos pueden existir en forma de sólidos, líquidos o gases, dependiendo de la temperatura. También pueden existir como sustancias puras o en solución. Las sustancias químicas que tienen la propiedad de un ácido se les denomina ácida y se puede decir:
•
•
•
•
•
•
•
Tienen sabor ácido como en el caso del ácido cítrico en la naranja y el limón. Cambian el color del papel tornasol azul a rosado, el anaranjado de metilo de anaranjado a rojo y deja incolora a la fenolftaleína. Producen quemaduras de la piel. Son buenos conductores de electricidad en disoluciones acuosas, Ocasionan cambio de color en pigmentos vegetales. Reaccionan con ciertos metales y producen gas hidrogeno. Reaccionan con los carbonatos y bicarbonatos. Reaccionan con bases para formar una sal más agua.
Bases: Una base es, en primera aproximación (según Arrhenius), cualquier sustancia que en disolución acuosa aporta iones OH − al medio.
•
•
•
•
•
•
•
Tienen sabor amargo. Son resbaladizas. No reaccionan con los metales. Azulean el papel de tornasol. Reaccionan con los ácidos (neutralizándolos). La mayoría son irritantes para la piel. Ocasionan cambio de color en pigmentos vegetales. disoluciones de bases conducen electricidad.
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Las
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+()+ −,−()
Relaciones entre , Tipo de disolución -7 Ácida > 1.0 x 10 -7 Neutra = 1.0 x 10 -7 Básica < 1.0 x 10
pH a 25ºC. pH
-7
< 7.00
-7
= 7.00
-7
> 7.00
< 1.0 x 10 = 1.0 x 10 > 1.0 x 10
TITULACIÓN ÁCIDO-BASE
Una valoración ácido-base (también llamada volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración de neutralización) es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido neutralizada por medio de una base de concentración conocida, o bien sea una concentración de base desconocida neutralizada por una solución de ácido conocido .1 Es un tipo de valoración basada en una reacción ácido-base o reacción de neutralización entre el analito (la sustancia cuya concentración queremos conocer) y la sustancia valorante. El nombre volumetría hace referencia a la medida del volumen de las disoluciones empleadas, que nos permite calcular la concentración buscada.
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Aparte del cálculo de concentraciones, una valoración ácido-base permite conocer el grado de pureza de ciertas sustancias.
Naranja de metilo Es un colorante azoderivado, con cambio de color de rojo a naranja-amarillo entre pH 3,1 y 4,4. El nombre del compuesto químico del indicador es sal sódica de ácido sulfónico de 4-Dimetilaminoazo benceno. La fórmula molecular de esta sal sódica es C 14H14 N3 NaO3S y su peso molecular es de 327,34 g/mol.2 En la actualidad se registran muchas aplicaciones desde preparaciones farmacéuticas, colorante de teñido al 5%, y determinante de la alcalinidad del fango en procedimientos petroleros. También se aplica en citología en conjunto con la solución de Fuschin. También es llamado heliantina. Se usa en una concentración de 1 gota al 0.1% por cada 10 ml de disolución.
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Violeta de Metilo Es denominado cristal violeta o violeta de genciana, es el nombre dado a un grupo de compuestos químicos empleados como indicadores de pH y colorantes. Los violetas de metilo son mezclas de: N-tetra, N-penta y N-hexametil p-rosanilinas. Por la mezcla de diferentes versiones, el fabricante puede crear diferentes tonos de violeta en el colorante final. Cuanto más metilado esté el colorante, su color será de un violeta más oscuro:
Tetrametilo (cuatro metilos) es conocido como Violeta de metilo 2B, y encuentra usos específicos en química y medicina. Pentametilo (cinco metilos) es conocido como Violeta de metilo 6B, y es más oscuro como colorante que 2B. Hexametilo (seis metilos) es conocido como Violeta de metilo 10B, o específicamente violeta cristal. Es mucho más oscura que la 2B, y aún más oscura que la 6Bk
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Materiales y Reactivos Materiales del Laboratorio
Agua destilada
Probeta
Pipeta
Erlenmeyer
Bureta
Papel tornasol
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Reactivos Utilizados en el Laboratorio
Nitrato de plata
Cromato de potasio
Violeta de metilo
Cloruro de Sodio
Anaranjado de metilo
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Parte Experimental (Precipitación Selectiva-Cloruros presencia de Cr )
=
−
con iones A
+ − y
en
1) Materiales utilizados en el laboratorio
Tubos de Ensayo
1 Matraz Erlenmeyer de 250mL.
1 Pipeta
1 Bureta
Solución de NaCl
Solución K2CrO4
Solución AgNO3, 0.01N.
2) Procedimiento Experimental
Vierta 2 ml de NaCl en un tubo de ensayo, y enotro tubo 2 ml
Pipetee a un Erlenmeyer, 10 ml de solución de NaCl. Y añádale 2 ml de (aproximadamente 20 gotas = 1ml).
Llene una bureta, 10 ml de AgN 0.01N y agregue lentamente a la solución anterior (gota a gota), agitando convenientemente el Erlenmeyer.
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3) Observaciones y resultados del experimento Los resultados obtenidos en esta experiencia son los siguientes:
De las soluciones podemos vera que : Solución incolora. Solución de color amarillo. Solución incolora.
→→ →
La reacciones obtenidas en la primera parte son:
2 → → 2
Donde en la primera reacción se obtuvo el precipitado de AgCl la cual es de color blanco y en la segunda reacción se obtuvo el cual tiene una coloración marrón.
En la última parte tendremos lo siguiente:
2 10→5 43 →
La solución resultante es de color amarillo. De la reacción hacemos reaccionar la solución con .
Donde la solución resultante es de color anaranjado.
4) Fotos del Experimento
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(Determinación del pH de soluciones Acidas Diferentes concentraciones) 1) Materiales Utilizados en el Laboratorio
Tubos de Ensayo Una pipeta Violeta Metilo Anaranjado de Metilo Solución de HCl de 0.01M , 0.001 M y 0.0001 M
2) Procedimiento Experimental
Medir 5 ml HCl 0.1M en un tubo de ensayo de 13x100, que este limpio y seco. Rotule este tubo con H= 0.1M ya que el ácido fuerte se puede suponer completamente ionizado en esta solución diluida. Preparar 5 ml de HCl 0.01M, para lo cual tome 0.5 ml de HCl 0.1 M y pipetee 4.5 ml de destilada. Mezcle esta nueva solución y rotule: [ ] = 0.01M. Preparar 5 ml de HCl 0.001M, para lo cual tome 0.5 ml de HCl 0.01 M y pipetee 4.5 ml de destilada. Mezcle esta nueva solución y rotule: [ ] = 0.001M. Preparar 5 ml de HCl 0.0001M, para lo cual tome 0.5 ml de HCl 0.001 M y pipetee 4.5 ml de destilada. Mezcle esta nueva solución y rotule: [ ] = 0.0001M. Separar en dos partes iguales el contenido de cada uno de los tubos de concentraciones preparados, formando así dos series. A la primera serie añada 2 gotas de violeta de metilo, y a los de la segunda serie añada 2 gotas de anaranjado de metilo.
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+
+ +
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Conserve todos los tubos para el sgte. experimento la notación [ [ ]
+
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+
] reemplaza
3) Observaciones y resultados del experimento
Cuando se añade violeta de metilo al tubo de concentración 0.1 M el color observado es celeste claro; con el tubo de concentración 0.01 M el color es azul claro; con el tubo de concentración 0.001 M el color es lila; finalmente con el tubo de concentración 0.0001M el color observado es un lila más claro que el anterior.
-Cuando se añade anaranjado de metilo al tubo de HCl de concentración 0.1 M se observa un color rojo claro; con el tubo de concentración 0.01 M el color obtenido es un rojo más claro que el anterior; con el tubo concentración 0.001 M el color es rojo aún más claro; finalmente, en el tubo de concentración 0.0001 M se observa un color naranja claro.
4) Fotos del Experimento
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(Determinación de la [ 1) Materiales utilizados en el laboratorio
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+
] en la Solución Acida Desconocida )
Tubos de ensayo Una pipeta Una probeta Solución Desconocida Anaranjado de Metilo Violeta de Metilo
2) Procedimiento Experimental
Medir 5 ml de solución acida desconocida (A), en su probeta.
Separare en partes iguales, en dos tubos. Añada 2 gotas de anaranjado de metilo a uno de los tubos y dos gotas de violeta de metilo al otro. Realice la comparación de colores de estas dos soluciones con los colores de las otras dos series preparadas anteriormente.
3) Observaciones y resultados del experimento
Cuando se vierte el violeta de metilo a la solución desconocida, la solución se torna de color azul. Cuando se vierte el anaranjado de metilo a la solución desconocida, la solución se torna de color rojo. Cuando se vierte el anaranjado de metilo a la solución desconocida, la solución se torna de color rojo.
La concentración de la muestra desconocida es 0.01M FIGMM – Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica
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4) Fotos del Experimento
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(Titulación del Ácido Débil con una base Fuerte con NaOH)
1) Materiales utilizados en el laboratorio
Una pipeta Ácido Acético
CHCOOH
Agua Destilada Anaranjado de Metilo Solución NaOH Matraz Erlenmeyer Una bureta Fenoftaleina
2) Procedimiento Experimental
CHCOOH
Mida con la pipeta 10 ml de ácido acético de concentración desconocida, vierta en un Erlenmeyer y agréguele 20 ml de agua destilada y dos gotas del indicador anaranjado de metilo.
Llene su bureta con NaOH solución titulante de concentración conocida y déjela caer lentamente en el Erlenmeyer (gota a gota) agitando continuamente el Erlenmeyer, observe cualquier cambio de color de solución. En el momento en que se produce un cambio permanente anote el volumen de NaOH gastado. Repetir la utilización con el fin de obtener un resultado más preciso.
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Realizar nuevamente la titulación utilizando en lugar de anaranjado de metilo el indicador FENOFTALEINA.
3) Observaciones y resultados del experimento
Para el anaranjado de metilo:
ó á 40.6
En la bureta:
La solución final es de color amarillo:
Para el violeta de metilo:
ó
En la bureta:
La solución final es de color fucsia.
Analíticamente se ha obtenido que el pH del punto de equivalencia es pH = 8.8 Lo cual realizamos de la siguiente manera:
− −…….(1)
14 5. 2 8.8
Reemplazando todos los datos en (1):
La constante de equilibrio de acidez que se obtiene a partir de pH calculado analíticamente, es
1.74 x 10−
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4) Fotos del Experimento
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Cuestinario Las ecuaciones del experimento 1 donde encontramos sales poco solubles son:
AgNO(c) NaCl(c) →AgCl(s) NaNO(c) KCl(c) AgNO(c) →AgCl(s) KNO(c) 2KCrO(c) 10NaCl(c) →5NaO(s) CrO(c) 4KCl(c) 3Cl(c)
− (#)/() Sea la reacción:
,
# .() →+ −
N: Normalidad
+ − 1,6 x 10−
, donde: θ: Parámetro de valencia, y para iones: θ= [Carga ión] M: Molaridad Se empleó 12,2 ml. de AgNO 3. Para ello han debido reaccionar AgCl y AgNO 3 en igual N° de eqg. Luego:
Reemplazando datos:
# # , ∴ − ,
+ FIGMM – Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica
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+ − () ⇔ () +−1,78 x 10− + − () +− 2,45 x 10− () ⇔2 +− √ () 1,33 10− Si queremos que la precipitación del Ag 2CrO4 ocurra exactamente, se debe tener la siguiente concentración del indicador:
− ()/+ 0,0138
Si la concentración de cromato de potasio es sólo 0,005 M la precipitación de Ag2CrO4 ocurrirá cuando la concentración de ión plata alcance el siguiente valor:
En consecuencia:
( ) − + [ 0, 2 1 x 10 − ] ∴ − ( ) + , −
Determinaría el pH de la solución usando un pH metro. El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O]+ presentes en determinadas disoluciones.
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El pH-metro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. La determinación de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante el pH.
Al agregar 20 ml de agua destilada al CH3COOH, se está realizando el proceso de dilución, el cual consiste en la variación de concentración, pero no en la variación de moles, debido a que solo estamos aumentando solvente, así aumentamos el volumen de la solución y como [] I.P. V, entonces la [] disminuye si el volumen aumenta.
Se utilizó 29.5 mL de NaOH 0,1M en el caso en que se agregó 2 gotas de fenolftaleina, entonces a partir de:
( #°)/( ) 0.1 ( #°)/( 29.5 ) ∴#° .
Reemplazando valores tendremos:
pH<0. +
Si existen sustancias con
+
Para los ácidos normales, la
Recuerda que la definición de
pH
es:
es menor que uno, por lo que la operación logaritmo
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da resultado negativo y se contrarresta con el "-" (menos) de la fórmula. Para que el logaritmo sea positivo y por consecuencia el signo “-” le cambie a negativo, el valor de la concentración de H+ tiene que ser mayor que 1. Esto SÍ puede suceder, son los que se llaman súper ácidos o ácidos súperprotonados.
− Solución A: La ecuación química para la disociación del acido fórmico es
↔− + ∆°. ( ) ∆° 0,082∙ . ∙298∙(1.7710−) ∆° 211,1 .
Para analizar la espontaneidad de la solución calculamos su energía libre G
Esto indica de que en el equilibrio habrá mayor cantidad de reactivos que de productos
Solución B:
→− + 0.1 0.1 0. 1 ≈ 0.1 ≈4.210−
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Aplicaciones de Ácidos y Bases Los ácidos y las bases tienen multitud de aplicaciones en la vida diaria. En este tema vas a ver en primer lugar su aplicación en análisis cuantitativo: podrás determinar la pureza de una muestra sólida o la concentración de una disolución de ácido o de base. Para ello, vas a conocer el procedimiento experimental llamado valoración volumétrica, que se basa en medir volúmenes de dos disoluciones, una de ácido y otra de base, de una de las cuales conoces la concentración para determinar la de la otra mediante una reacción de neutralización. En la simulación puedes ver el montaje experimental y cómo varía el pH durante la valoración.
Drenaje Acido de Minas La generación de ácido es originada por la oxidación de los minerales sulfurosos cuando son expuestos al aire y agua, lo cual da por resultado la producción de acidez, sulfatos y la disolución de metales. No todos los minerales sulfurosos son igualmente reactivos, ni la acidez se produce en igual proporción. Además, no todos los minerales sulfurosos o rocas con contenido de sulfuro son potencialmente generadores de ácido. La tendencia de una muestra particular de roca a generar acidez neta es una función del balance entre los minerales (sulfurosos) productores potenciales de ácido y los minerales (alcalinos) consumidores potenciales de ácido. El proceso mediante el cual se consume ácido se denomina "neutralización". Teóricamente, cada vez que la capacidad consumidora de ácido de una roca ("potencial de neutralización") excede al potencial de generación de ácido, se consumirá toda la acidez y el agua que drene de la roca se encontrará en el nivel de pH neutro o cerca de él. El drenaje ácido generado por la oxidación de sulfuros puede neutralizarse por contacto con minerales consumidores de ácido. Como resultado de ello, el agua que drena de la roca puede tener un pH neutro y una acidez insignificante, a pesar de la continua oxidación de sulfuros. Con el tiempo, a medida que se agotan los minerales consumidores de ácido o se vuelve imposible acceder a ellos a causa de la formación de cubiertas de minerales secundarios, se puede generar agua ácida.
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Algunos de los ácidos y bases utilizados: Hidroxido de Sodio (NaOH): Es una base muy importante en la industria, se conoce como sosa cáustica, se utiliza en la fabricación de papel, jabones y refinación de petróleo, recuperación de caucho entre otras cosas. También se encuentra en los detergentes, limpiadores de hornos y sustancias destapa caños. El NaOH convierte las grasas en jabón. Es un eficaz limpiador. Ácido Sulfúrico: Utilizada para crear fertilizantes pero que ayuda a la producción de lluvia ácida. Hidróxido de amonio (NH4 OH): Es lo que conocemos como amoniaco, a bajas temperaturas es un sólido blanco cristalino que se usa como limpiador de drenajes y hornos, también se aplica en la fabricación de jabón y productos químicos. Ácido Nítrico: tienen enorme importancia industrial y en particular para la agricultura pues las reservas naturales de abonos naturales como el salitre son insuficientes para satisfacer las necesidades de los cultivos. Hidroxido de Calcio (Ca(OH)2): Ablanda las aguas duras, ya que elimina los iones de calcio y magnesio, combate la sarna y limpia las heridas de las mascotas.
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Bibliografía
Brown, Lemay, Bursten. Química “Ácidos y Bases” novena edición, editorial Pearson. Pag 548-550 Raymond Chang. “Química General” séptima edición, editorial: Mc Graw-Hill. Acidos y Bases Pag 668-700 Whitten K.W., Davis R.E., Peck M.L. (1998) "Química General". Ed. McGraw-Hill. Petrucci R.H., Harwood W.S. (2002) "Química General: Principios y Aplicaciones Modernas". Ed. Prentice-Hall.
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